UV-B輻射對蒙古櫟揮發性有機物釋放的影響

李德文 杜丹丹 于莉莉 劉英 于雪瑩 趙雨森

摘要?[目的]探明環境紫外線-B（UV-B）輻射強度對東北地區主要樹種蒙古櫟揮發性有機化合物（VOCs）排放速率和主要光合生理特征的影響規律，以期為蒙古櫟的定向培育和大氣環境質量的調控與相關預測模型的建立提供基礎數據。[方法]以5年生蒙古櫟為研究對象，在自然光照基礎上，人工增加0（CK）、1.40（T1）和2.80 kJ/（m2·d）（T2）3個不同強度UV-B輻射的處理，應用熱解析氣相色譜-質譜（GC-MS）聯用技術測定蒙古櫟異戊二烯和單萜類物質的排放速率，并結合葉片氣體交換參數、葉綠素熒光參數、光合色素含量、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性和次生代謝產物含量進行差異研究和相關性分析。[結果]隨UV-B輻射強度的增加，蒙古櫟異戊二烯排放速率顯著降低，單萜類化合物排放速率顯著提高（P<0.05）;增強UV-B輻射顯著降低蒙古櫟葉片凈光合速率（Pn），提高胞間二氧化碳濃度（Ci），蒸騰速率（Tr）在低強度UV-B輻射下增加，高強度UV-B輻射下降低（P<0.05），UV-B輻射對氣孔導度（Gs）無顯著影響（P<005）;UV-B輻射下葉綠素熒光參數、葉綠素含量、PAL活性及黃酮類化合物含量顯著降低，類胡蘿卜素（Car）含量顯著上升（P<0.05）;增強UV-B輻射顯著提高蒙古櫟葉片部分次生代謝物綠原酸、桃葉珊瑚苷、京尼平苷酸含量，綠原酸與桃葉珊瑚苷含量在T2處理組達到最高，分別為4.84、84.75 μg/g，T1處理組京尼平苷酸含量最高7.44 μg/g。相關分析結果表明：蒙古櫟葉片異戊二烯排放速率與Fv/Fm、Φ（Ⅱ）、Pn、PAL活性、黃酮、單寧及多酚含量呈顯著或極顯著正相關，α-蒎烯與Fv/Fm、Pn、Chl呈極顯著負相關（P<0.01）;β-蒎烯與Chl呈顯著正相關，與PAL活性呈顯著負相關（P<0.05）。[結論]UV-B輻射增強能提高蒙古櫟葉片單萜化合物的排放速率，降低異戊二烯排放速率、光合速率和次生代謝產物總量，改變樹木VOCs的組成特征。

關鍵詞?蒙古櫟;UV-B輻射;揮發性有機物（VOCs）;光合作用;次生代謝物

中圖分類號?S?792.186文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2020）17-0139-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.17.036

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of UV?B Radiation on the Release of Volatile Organic Compounds in Quercus mongolica

LI De?wen1，2，DU Dan?dan1，YU Li?li1 et al

（1.Key Laboratory of Forest Plant Ecology， Ministry of Education， Northeast Forestry University， Harbin，Heilongjiang 150040; 2.Forestry College， Northeast Forestry University， Harbin，Heilongjiang 150040）

Abstract?[Objective]To find out the effect of environmental ultraviolet?B （UV?B） radiation intensity on the emission rate of volatile organic compounds （VOCs） and photosynthetic physiological characteristics of Quercus mongolica in northeast China， so as to provide basic data for the directional cultivation， the regulation of atmospheric environmental quality and the establishment of related prediction model of QM. [Method]The five?year?old QM was taken as the research object，on the basis of natural light，adding 3 intensity UV?B radiation treatments of 0 （CK）， 1.40 （T1） and 2.80 kJ/（m2·d） （T2）， the thermal decomposition gas chromatography?mass spectrometry （GC?MS） technique was used to determine the emission rate of QM isoprene and monoterpenes， combined with leaf gas exchange parameters， chlorophyll fluorescence parameters， photosynthetic pigment content， phenylalanine aminolytic enzyme （PAL） activity and secondary metabolite content were analyzed and correlated.[Result]With the increase of UV?B radiation intensity， isoprene emission rate of QM decreased significantly， and monoterpene emission rate increased significantly （P<0.05）; enhanced UV?B radiation significantly reduced net photosynthetic rate （Pn） of QM leaves， intercellular carbon dioxide concentration was increase （Ci）， transpiration rate （Tr） increased under low intensity UV?B radiation， and decreased under high intensity UV?B radiation （P <0.05）， UV?B radiation had no significant effect on stomatal conductance （Gs） （P <0.05）. Under UV?B radiation， the chlorophyll fluorescence parameters， chlorophyll contents， PAL activity and flavonoid contents decreased significantly， while carotenoid （Car） content increased significantly （P <0.05）. The contents of chlorogenic acid， aucubin and geniposide in some secondary metabolites of QM leaves were significantly increased by enhanced UV?B radiation， the contents of chlorogenic acid and aucubin were the highest in T2 treatment group （4.84 and 84.75 μg/g， respectively）， and geniposide was the highest in T1 treatment group （7.44 μg/g）. The results of correlation analysis showed that： there was a significant or extremely significant positive correlation between isoprene emission rate of QM leaves and Fv/Fm， Φ（Ⅱ）， Pn， PAL activity， flavone， tannin and polyphenol contents， α??pinene was negatively correlated with Fv/Fm， Pn and Chl （P<0.01）， β??pinene was positively correlated with Chl and negatively correlated with PAL activity （P<0.05）. [Conclusion]Enhanced UV?B radiation could increase the emission rate of monoterpenes from QM leaves， reduce isoprene emission rate， photosynthetic rate and total amounts of secondary metabolites， and change VOCs composition characteristics of trees.

Key words?Quercus mongolica;UV?B radiation;Volatile organic compounds （VOCs）;Photosynthesis;Secondary metabolites

植物源揮發性有機物（volatile organic compounds，VOCs）是植物體內通過次生代謝途徑合成的低沸點、易揮發的碳氫化合物，對全球碳循環[1]、大氣環境與氣候變化具有深遠影響[2]。植物在遭受到機械損傷或昆蟲取食后可釋放出誘導型VOCs從而抵御脅迫，其除了具有防御功能外，還有利于植物的傷口愈合，亦可作為傷害信息在植株間傳遞以引起群體誘導抗性的產生[3]。此外，研究者認為植物可以通過釋放VOCs來提高其對環境脅迫的抵抗力，大量研究已經表明異戊二烯能提高植物抗臭氧的能力，李用宇等[4]和安俊琳等[5]分別研究了南京北郊VOCs的光化學特征和體積分數，發現烯類物質對臭氧生成的貢獻最大。異戊二烯和單萜類次生代謝物質是植物源VOCs的主要成分，該類物質大多含有不飽和化學鍵，具有較高的化學活性，釋放到大氣中能夠與羥基自由基（·OH）及硝酸根自由基（·NO3-）快速反應，并在適宜的外部條件下形成臭氧（O3）、二次有機氣溶膠（SOA）和PAN等二次污染物，顯著影響大氣光化學反應和全球氣候變化進程，因而受到廣泛關注[6]。

臭氧層破壞變薄引起到達地面的紫外線-B（UV-B）輻射增強已得到充分證實，且被公認為是重大的全球環境問題，將對人類及全球生態系統產生深遠的效應[7]。雖然自蒙特利爾公約執行以來，平流層臭氧消耗物濃度開始下降，但臭氧層厚度仍比20世紀70年代低，且未來幾十年內也難以很快恢復[8]。研究表明增強UV-B輻射能夠破壞葉片組織和細胞葉綠體的形態與結構，導致光合作用下降[9]。UV-B可誘導苯丙氨酸解氨酶（PAL）和查爾酮合成酶（CHS）等植物次生代謝過程的關鍵酶活性及基因表達變化，進而改變次生代謝產物（例如黃酮類和酚醛類等化合物）含量，屏護UV所引起的傷害作用[10]。此外，高劑量的UV-B輻射可破壞氨基酸殘基，導致參與生化過程的蛋白質和酶失活[11]，進而影響植物初生和次生代謝過程[12]。由于VOCs作為植物重要的次生代謝產物，其組成及釋放量勢必受到環境UV-B輻射變化的強烈影響，然而目前為數不多的關于UV-B輻射強度變化對植物VOCs釋放影響的研究結果并不一致[3]。

蒙古櫟（Quercus mongolica），又稱柞木、柞樹，為國家二級珍貴樹種，是我國溫帶地區落葉闊葉林及針闊混交林的主要樹種[13]，也是營造防風林、水源涵養林及防火林的優良樹種，在我國主要分布于東北地區和華北地區。前期研究發現蒙古櫟幼樹葉片單位干重的VOCs排放速率顯著高于銀杏、華山松及油松，且其VOCs排放速率和組成受環境影響顯著[14]。以蒙古櫟為研究對象，采用環境模擬控制試驗，應用熱解析氣相色譜-質譜（GC-MS）聯用技術對蒙古櫟異戊二烯和單萜類物質的排放速率進行測定，結合葉片氣體交換參數、葉綠素熒光參數、光合色素含量、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性和次生代謝產物含量，探討環境UV-B輻射增強對蒙古櫟樹木VOCs排放速率的影響機制，以期為大氣環境質量的調控與相關預測模型的建立提供基礎數據。

1?材料與方法

1.1?試驗設計

試驗于2018年9月在東北林業大學森林植物生態學教育部重點實驗室實驗園內進行，選取60株長勢一致的株高約1 m的5年生蒙古櫟隨機分為3組，每組20株，在自然光照基礎上，根據試驗要求，人工增加0 kJ/（m2·d）（CK）為對照、1.40 kJ/（m2·d）（T1）和2.80 kJ/（m2·d）（T2）3個不同強度UV-B輻射處理。UV-B輻射處理通過懸在植株上方的UV-B燈管產生（280～320 nm，40 W，北京電光源研究所），每日處理時間為09：00—16：00。UV-B輻射強度通過光譜儀AvaSpec 2048-2（Avantes BV，新西蘭）進行測定。處理期間常規管理，保證水分、養分供應。處理7 d后測定植株VOCs釋放速率，并選取植株頂端已完全展開的生長狀況及葉齡和葉位一致的葉片，測定各項生理指標，每個處理均隨機取樣，3次重復。

1.2?VOCs排放速率的測定

選取不同處理長勢良好的蒙古櫟葉片進行VOCs的收集，采用QC-1B型氣體采樣儀（北京市勞動保護科學研究所）按照活體植物動態頂空套袋法對植株向陽部位的葉片進行VOCs的采集[15]。采氣袋容積為0.5 m3，采氣流速為200 mL/min，采樣時間為5 min，分別于封閉后0、30 min采集氣體樣品。氣體樣品填充于Tenax-TA不銹鋼吸附管內，采集樣品前，采樣管用流速為50 mL/min的高純氮氣在280 ℃下老化1 h。樣品采集后，立即帶回實驗室進行分析測定。

采用Tekmar 6000型熱解析儀（Dohrmann，美國）進行樣品解析，熱解析條件：225 ℃下脫附20 min，一次冷阱溫度165 ℃，240 ℃下二次脫附4 min，二次冷阱溫度150 ℃，二次冷阱進樣溫度225 ℃。采用氣質聯用儀（GC-MS，QP2010 Ultra型，日本島津公司）進行VOCs的定性及定量分析，色譜柱為DB-624（30 m×1.8 μm×0.32 mm），載氣高純He氣，柱流量1.5 mL/min;程序升溫條件：初始柱溫為50 ℃，停留5 min，以15℃/min升溫至250 ℃，保留5 min;離子源溫度：200 ℃，接口溫度：250 ℃，進樣口溫度：180 ℃。VOCs標準品購買于Sigma公司，純度大于99.99%。采樣后將葉片放在60 ℃下烘干至恒重，稱量干重，根據王志輝等[16]方法計算各化合物釋放速率[μg/（g·h）]。

1.3?氣體交換參數的測定及主要光合生理參數的計算

于晴天09：30—11：00，采用Li-6400型便攜式光合儀，使用6400-02BLED光源，在氣溫（Tair）25 ℃，相對濕度（RH）60%，CO2濃度為400 μmol/mol，光合有效輻射（PAR）為800 μmol/mol的條件下測定供試植株葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr），并按照董曉穎等[17]的方法計算水分利用效率（g/kg）、葉片羧化效率[（μmol/（m2·s）]和氣孔限制值。

水分利用效率（WUE）=Pn/Tr;

葉片羧化效率（CE）=Pn/Ci;

氣孔限制值（Ls）= 1-Ci/C0，C0為400 μmol/mol。

1.4?葉綠素熒光參數的測定

參考Cen等[18]方法，采用便攜式PAM-2500葉綠素熒光儀測定葉綠素熒光參數，具體步驟為在植株葉片暗適應20 min后測量暗適應狀態下的最小熒光（F0），然后在0.6 s時發出8 000 μmol/（m2·s）的強光，瞬間降低塑料醌池和主要醌受體QA，從而記錄暗適應狀態下的最大熒光（Fm）;打開作用光[600 μmol/（m2 · s）]，待葉片光合作用達到穩態后記錄光合穩態熒光（Fs），打開飽和脈沖光[8 000 μmol/（m2· s），0.6 s]記錄最大熒光Fm′，關閉作用光，打開遠紅光，約8 s后關閉，得到最小熒光F0′。根據此方法得到基本的葉綠素熒光數據，計算公式按照Yao等[19]方法，分別計算最大光合效率（Fv/Fm）、實際光合效率[Φ（Ⅱ）]、非光化學淬滅系數（NPQ）、光化學淬滅系數（qP）、PS Ⅱ調節性能量耗散的量子產量[Y（NPQ）]、PS Ⅱ非調節性能量耗散的量子產量[Y（NO）]、PS Ⅱ的相對電子傳遞速率[ETR（Ⅱ）]。

Fv/Fm=（Fm-F0）/Fm（1）

Φ（Ⅱ）=（Fm′-Fs）/Fm′（2）

NPQ =（Fm-Fm′）/Fm′（3）

qP = 1-（Fs′-F0′）/（Fm-F0）（4）

Y（NPQ）=Fs/Fm′-Fs/Fm（5）

Y（NO）=Fs/Fm（6）

ETR（Ⅱ）= PAR×Φ（Ⅱ）×0.84×0.5（7）

1.5?光合色素含量的測定

光合色素含量參考Jiang等[20]方法測定，稍作修改：稱取0.2 g蒙古櫟葉片鮮樣，加入預冷的80%丙酮研磨成勻漿，5 000 r/min離心10 min，取上清液采用紫外分光光度計于665、649和480 nm下測定其吸光值，并計算葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）、總葉綠素（Chl）及類胡蘿卜素（Car）含量和葉綠素a/b值（Chl a/b）。

1.6?苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的測定

苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性參照Koukol[21]的測定方法，通過測定肉桂酸的形成來確定苯丙氨酸脫氨酶活性。精確稱取1 g新鮮蒙古櫟葉子，充分研磨后，加入3 mL 200 μmol/L硼酸鹽緩沖液（內含0.1 g PVP，pH 8.8）研磨成勻漿，10 000 r/min離心15 min，上清液備用。取1 mL上清液，依次加入1 mL 20 μmol/L L-苯丙氨酸和2 mL 200 μmol/L硼酸鹽緩沖液（pH 8.8），最終體積為3 mL。將混合液置于40 ℃水浴1 h，反應結束，取出后迅速冷卻，再加入0.1 mL 5 mol/L HCl，讀取290 nm處的吸光度值。

計算公式：

PAL活性=A290×Vt/（0.01×Vs×FW×t）

式中，FW代表樣品鮮重;t為反應時間（min）;Vt是總的提取液體積（mL）;Vs是測定時所用酶液體積（mL）。

1.7?次生代謝物含量的測定

黃酮、總酚、單寧樣品提取參考魏曉雪等[22]的方法：稱取新鮮葉片0.5 g，加10 mL酸性甲醇溶液（甲醇∶水∶鹽酸=79∶20∶1），室溫下研磨，于55 ℃水浴提取30 min，3 000 r/min離心10 min，取上清液定容至10 mL待測。黃酮含量采用尉芹等[23]測定方法，于分光光度計510 nm處檢測吸光值;總酚的檢測采用Chaovanalikit等[24]方法于分光光度計765 nm處檢測吸光值;單寧含量采用王杰興等[25]測定方法，于分光光度計442 nm處檢測吸光值。

桃葉珊瑚苷、綠原酸及京尼平苷酸的提取方法：取鮮樣1 g加入7.5 mL 80%甲醇（色譜級）于高通量組織研磨器（寧波新藝超聲設備有限公司）70 Hz 10 min，超聲提取10 h，漩渦3次，8 000 r/min離心15 min，取上清殘渣用上述方法重提2次，合并上清液棄去殘渣。上清液在35 ℃下濃縮至3 mL，甲醇定容至10 mL，超聲1 h后12 000 r/min離心10 min，取上清液，將樣品保存在-20 ℃冰箱待色譜分析。色譜條件：GC-MS（美國Waters CORTECS），C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，16 μm），柱溫：25 ℃;流動相：溶劑A（62%水）與溶劑B（38%甲醇），流速為0.25 mL/min;進樣量：5 μL。Negative模式，離子噴霧電壓5 500 V。待測物質譜分析條件參數（m/z）分別為桃葉珊瑚苷（345.1/183.1）、綠原酸（353.0/191.0）、京尼平苷酸（373.2/211.1）。綠原酸、桃葉珊瑚苷及京尼平苷酸標準品均購于Sigma公司，純度≥ 98%。

1.8?數據處理

應用SPSS 19.0和Excel 2010 軟件進行數據分析，并采用單因素方差分析（One-way AVONA）檢驗各處理組間差異顯著性（P<0.05）和相關分析法進行各指標間的相關性分析，圖表中數值為平均值±標準誤（mean ± SE）。

2?結果與分析

2.1?UV-B輻射對蒙古櫟葉片VOCs排放速率的影響

由圖1可知，蒙古櫟異戊二烯排放速率顯著高于單萜類化合物，對照處理下異戊二烯釋放速率達0.74 μg/（g·h），且異戊二烯排放速率隨UV-B輻射強度增加顯著降低（P<005），高強度UV-B輻射下蒙古櫟異戊二烯排放速率與CK相比降低了88.6%。增加UV-B輻射強度顯著提高了α-蒎烯與β-蒎烯的釋放速率（P<0.05），T2處理下α-蒎烯釋放速率顯著高于其他處理，為對照條件下α-蒎烯釋放速率的446倍;β-蒎烯在T1處理下釋放速率達到最大，較CK處理增加了2.16倍，T2處理下β-蒎烯與CK相比增加但不顯著（P>0.05）。

2.2?UV-B輻射對蒙古櫟葉片光合作用的影響

由表1可知，蒙古櫟葉片Pn在高強度UV-B輻射下顯著降低（P<0.05），在低強度UV-B輻射下與CK無顯著差異;UV-B輻射對蒙古櫟葉片Gs無影響（P<0.05）;Ci隨UV-B輻射強度的增加而增加，與CK相比T2處理下蒙古櫟葉片Ci增加了78.8%;Tr在T1處理下顯著提高，T2處理下顯著降低;WUE、CE和Ls隨UV-B輻射強度的增加顯著降低，與CK相比，T2處理下分別顯著降低了45.5%、80.0%、46.2%（P<0.05）。

2.3?UV-B輻射對蒙古櫟葉片葉綠素熒光參數的影響

由表2可知，高強度UV-B輻射顯著降低蒙古櫟葉片最大光合效率Fv/Fm、實際光合效率Φ（Ⅱ）和非光化學淬滅系數NPQ（P<0.05）;光化學淬滅系數qP隨UV-B輻射強度的增強而增大;調節性能量耗散量子產量Y（NPQ）在UV-B輻射下與CK無顯著差異;非調節性能量耗散量子產量Y（NO）在高強度UV-B輻射下顯著高于CK;PS Ⅱ電子傳遞速率ETR（Ⅱ）隨UV-B輻射的增強顯著降低（P<0.05）。

2.4?UV-B輻射對蒙古櫟葉片光合色素含量的影響

由表3可知，低強度UV-B輻射（T1處理）下蒙古櫟葉片Chl a、Chl b、Chl及Chl a/b值與CK相比無顯著差異（P<0.05），而高強度UV-B輻射（T2處理）則顯著降低（P<0.05），T2處理下Chl a、Chl b及Chl含量分別較CK降低了19.1%、14.3%及16.2%。隨UV-B輻射強度增加，Car含量顯著提高（P<005）。

2.5?UV-B輻射對蒙古櫟葉片PAL活性和次生代謝產物含量的影響

由表4可知，增加環境UV-B輻射顯著降低蒙古櫟葉片PAL活性、黃酮、總酚和單寧含量（P<0.05）;桃葉珊瑚苷含量在T2處理下顯著增加;綠原酸含量隨UV-B輻射強度的增加顯著提高（P<0.05）;京尼平苷酸含量在低強度UV-B輻射下達到最大，為CK的3.41倍（P<005）。

2.6?VOCs排放速率、葉綠素熒光參數、氣體交換參數、光合色素和PAL活性間的相關性分析

在環境UV-B輻射增強條件下，蒙古櫟葉片VOCs排放速率、葉綠素熒光參數、氣體交換參數、光合色素含量和PAL活性間存在顯著相關性（表5），相關分析結果表明，異戊二烯排放速率與Fv/Fm、Φ（Ⅱ）、ETR和Pn呈顯著正相關（P<0.05），與Y（NO）、Chl呈顯著負相關（P<0.05），與黃酮、總酚、單寧含量及PAL活性呈極顯著正相關（P<0.01），與Ci呈極顯著負相關（P<0.01）;α-蒎烯與Y（NO）和Ci呈極顯著正相關，與Fv/Fm、Pn、Tr、Chl a、Chl a/b呈極顯著負相關，與Car和Chl b呈顯著負相關（P<0.05）（相關系數分別為0.705和0.670）;β-蒎烯與Chl呈顯著正相關，與PAL活性呈顯著負相關（P<0.05）（相關系數>0.9）。

3?討論

3.1?蒙古櫟葉片VOCs排放速率對UV-B輻射的響應

不同植物種屬排放VOCs種類不同，闊葉樹主要排放異戊二烯，針葉樹主要排放單萜類化合物[16]，與此相同，該研究發現各處理條件下蒙古櫟葉片主要排放異戊二烯。異戊二烯的合成途徑已知有甲羥戊酸（MVA）途徑和丙酮酸/磷酸甘油醛（MEP）途徑，由于異戊二烯在植物體內的儲庫很小，即時合成與排放，當植物從光照條件轉向黑暗處時，異戊二烯的排放量明顯減少，說明植物光合作用合成的碳明顯有利于異戊二烯的合成[26]。

研究表明，水分脅迫、鹽脅迫、干旱氣候和氧化應激等可以影響VOCs的釋放速率[27]。Maja等[28]發現增強UV-B輻射顯著增加了歐洲白楊（Populus tremula L.）VOCs的排放速率。Llusia等[29]發現UV-B輻射下乳香黃連木的異戊二烯排放速率增加。而該試驗表明蒙古櫟葉片異戊二烯排放速率隨UV-B輻射的增強而減少，相關分析結果顯示UV-B輻射增強條件下，蒙古櫟異戊二烯排放速率與PAL活性、黃酮類化合物含量、總酚含量及單寧含量呈極顯著正相關。這表明異戊二烯排放量具有明顯的樹種差異，UV-B吸收化合物含量與異戊二烯排放量受相同的信號因子調控[30]。該研究發現UV-B處理顯著提高蒙古櫟單萜化合物的排放速率，改變其VOCs的組成特征。這與Blande等[31]研究相似，UV-B輻射增強可導致α-蒎烯、莰烯、檜烯、β-蒎烯、月桂烯和檸檬烯等單萜類化合物排放量的增加;Maja等[32]研究發現，補充UV-B 輻射增加了羅勒葉片中萜類化合物，尤其是芳樟醇、1，8-桉油醇和反式-β-羅勒烯等主要揮發油含量。Gil等[33]研究表明，單萜作為防御葡萄漿果對UV-B的響應具有特定的作用。可見，UV-B脅迫是不同樹種VOCs排放速率和組成成分不同的原因之一。

3.2?蒙古櫟葉片光合系統對UV-B輻射的響應

由于近年臭氧層破壞，使得太陽光中中波UV-B輻射到達地表劑量加大，葉片是直接接受光源的植物器官，故UV-B直接作用到植物葉片上，未迅速啟動自身防御系統就會遭受UV-B輻射迫害，引起光合作用減弱。研究報道，植物光合系統是UV-B輻射傷害的主要靶子[34]。影響光合作用的因素除了非氣孔因素外，還有氣孔因素。該試驗表明，隨UV-B輻射增強Ci顯著增加，Gs無顯著變化，說明CO2供應沒有被限制，導致Pn下降的原因是非氣孔因素[35]。與眾多試驗結果一致，祁虹等[36]設定增加環境UV-B輻射的20%和40%作為處理組，輻射劑量為10 h/d，觀測棉花對增強UV-B的響應，結果表明增強UV-B輻射降低了Pn，提升了Ci，Gs無顯著變化;李俊等[37]探究幾種馬鈴薯葉片光合參數響應UV-B的報道表明不同品系馬鈴薯葉片在UV-B輻射下會抑制其Pn。

葉綠素熒光好比光合作用與外界環境間的探針，通過對其測定和分析探究植物光合系統對環境變化做出的響應機制[38]。Fv/Fm代表PSⅡ原初光能轉換效率[39]。在不受光抑制的情況下（且不受生長條件的影響），Fv/Fm一般介于0.75～085[40]。當植物受到水分脅迫、極端溫度和鹽脅迫等逆境脅迫后 Fv/Fm值會不同程度下降，因此Fv/Fm是逆境生理研究的重要指示性參數。該試驗表明，蒙古櫟Fv/Fm在對照中處于正常范圍，說明自然光下蒙古櫟葉片沒有受到明顯的光脅迫。增加UV-B輻射顯著降低了蒙古櫟葉綠素熒光參數指標，與張美萍等[41]探討UV-B輻射降低了水稻葉綠素熒光參數的結果一致，導致其降低的原因是UV-B影響了PS Ⅱ光化學能的轉換，破壞了電子傳遞體，酶活性下降，從而降低光能轉換效率。

光合色素參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉化，其含量的高低在一定程度上能反映植物利用光能及制造有機物的能力。光合色素是色素蛋白的復合物，蛋白質對UV-B輻射的強烈吸收決定了光合色素對UV-B輻射損傷的敏感性，不同植物的葉綠素對UV-B輻射的敏感性存在較大差異[42]。該研究結果表明UV-B輻射下蒙古櫟葉片Chl a，Chl b和Chl含量顯著下降，這與韓發等[43]研究不同海拔植物適應性中測得葉綠素下降結果一致。這可能是UV-B輻射增強導致葉綠體超微結構受到破壞，PS Ⅱ電子傳遞活性下降，葉綠素合成受阻、降解增加，或者是二者共同作用的結果[42]。Car是光系統的重要組成部分，同時是非常重要的結合于生物膜上的抗氧化劑[44]，作為高能量短波輻射的猝滅劑，Car既可以防止超氧陰離子的產生，又可將已經產生的超氧陰離子轉變成基態氧分子，因而能保護光系統免受光氧化的損害。UV-B輻射處理下，蒙古櫟葉片Car含量顯著升高，可以在一定程度上保護光系統，也是植物對UV-B強輻射適應的結果[45]。

3.3?蒙古櫟葉片PAL活性和次生代謝物對UV-B輻射的響應

PAL在次生代謝中是連接初級代謝和苯丙烷類代謝、催化苯丙烷類代謝第一步反應的關鍵酶和限速酶[46]，黃酮因其具有屏蔽UV-B和清除UV-B誘發活性氧功能而被作為植物對抗UV-B輻射的“過濾劑”和“淬滅劑”[47]，另外暴露在高強度UV-B輻射下的植物，其表皮細胞酚類化合物水平可能增高，而酚類化學物質含量增加被認為是植物保護自身免受UV-B輻射的一種適應性特征[48]。研究發現增強UV-B輻射可增加卷心菜類黃酮、總酚和花青素含量[49]。唐文婷等[50]研究發現UV-B輻射降低了黃芩莖中類黃酮、不飽和脂類，內酯、醇及酚類物質的含量，與根和葉中次生代謝物質含量的升高相反，并推測植物在各部分次生代謝方面存在權衡。該研究發現隨著UV-B輻射強度增加，蒙古櫟葉片PAL活性、黃酮、單寧和總酚含量顯著降低，這與魏曉雪等[22]報道一致。目前，已有為數不少的試驗結果證實UV-B輻射并不總是導致黃酮類化合物含量增加，這可能與UV-B對植物細胞造成的不可逆傷害有關，這種傷害可以導致細胞類黃酮降解加速而合成困難[51]。該研究發現增強環境UV-B輻射顯著增加了蒙古櫟葉片綠原酸含量，綠原酸含量增加是UV-B輻射促進了合成綠原酸通路上羥基化肉桂酰轉移酶（hydroxycinnamoyl CoA quinate hydroxycinnamoyl transferase，HQT）的合成導致[52]。桃葉珊瑚苷和京尼平苷酸是環烯醚萜類化合物，具有顯著的抗氧化作用。該研究發現高劑量UV-B輻射下蒙古櫟葉片桃葉珊瑚苷和京尼平苷酸含量顯著上升，UV-B輻射激活了蒙古櫟葉片次生代謝產物合成的防御系統，合成了更多的次生代謝物。這與李雙明等[53]研究UV脅迫下東北紅豆杉鮮葉內萜類化合物的代謝酶活性及二萜類物質含量增加結果一致。史利平等[54]發現鹽脅迫處理過的玉米中萜類合成途徑上的萜烯合酶基因2（Terpene synthase 2，TPS2）、萜烯合酶基因3（Terpene synthase 3，TPS3）、牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶基因4（Geranylgeranyl diphosphate synthase 4，GGPS4）的表達會隨著脅迫處理時間的延長表現出先上調后下調的變化規律。這表明不同環境因子對次生代謝產物合成途徑上相關基因的表達具有深度影響，從而決定了植物次生代謝產物的總含量和相對比例[55]。

4?結論

各處理條件下蒙古櫟葉片主要排放異戊二烯，增強環境UV-B輻射顯著提高蒙古櫟葉片單萜化合物的排放速率，降低異戊二烯排放速率，改變樹木VOCs的組成特征;UV-B輻射對蒙古櫟葉片光合作用的影響主要表現為光合速率降低及光合色素含量的改變，高強度UV-B輻射造成光合速率下降的原因是由于非氣孔因素的限制，改變了有機合成中碳素的流向與流量，從而使植物次生代謝生物合成系統效率降低，以致類黃酮和酚類等物質含量的降低;增強UV-B輻射可激活蒙古櫟體內抗氧化防御系統，使綠原酸、桃葉珊瑚苷及京尼平苷酸含量顯著提高。在全球變化的背景下，采用環境調控措施為東北地區主要樹種蒙古櫟的定向培育和大氣環境質量的調控與相關預測模型的建立提供了基礎數據。

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